基于軌道車為載體的除雪裝置的研究

劉仕超

摘要：為有效解決雪害線路及時通車的問題，本著節(jié)支增效的原則，在原內(nèi)燃機車為載體的除雪裝置研究基礎(chǔ)上，應(yīng)用機械設(shè)計、電氣控制相關(guān)技術(shù)理論，設(shè)計一種基于金鷹GC-270軌道車為載體的V型犁式除雪裝置，通過“推+刮”的作業(yè)方式快速清除線路積雪，機動性更強，操作更加快捷方便，可進一步完善除雪應(yīng)急機制，應(yīng)用前景廣闊。

Abstract： In order to effectively solve the problem of timely traffic of snow damage lines， based on the principle of saving cost and increasing efficiency， based on the research of the snow removal device with the original diesel locomotive as the carrier， the technical theory of mechanical design and electrical control is applied to design a kind of V-type plow-type snow removal device based on Jinying GC-270rail car as the carrier， quickly removes snow from the line through the "push + scrape" operation mode， which is more maneuverable and more convenient to operate. It can further improve the snow removal emergency mechanism and has broad application prospects.

關(guān)鍵詞：V型犁式；軌道線路除雪；軌道車；液壓控制

Key words： V-type plow；track line snow removal；rail car；hydraulic control

中圖分類號：U27 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0139-03

1 技術(shù)背景

針對線路雪害影響正常運輸秩序的問題，2013年，呼和局集團公司自主研發(fā)了一種線路除雪裝置。它以DF8B內(nèi)燃機車為載體，在不改變機車主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，前端加裝V型除雪犁體，輔以刮、吹裝置，依次通過“推+刮+吹”三道工序，達到清除線路積雪目的，解決雪害線路及時通車的問題。在2015至2016年雪季期間，加裝該除雪裝置的機車累計出動10余次，又好又快地完成了集團公司管內(nèi)線路除雪任務(wù)，保障了正常運輸生產(chǎn)秩序。

雖然內(nèi)燃機車為載體的除雪裝置較傳統(tǒng)人工除雪作業(yè)有了巨大進步，但在運用過程中仍存在一些問題：①占用機車費用較高。除雪裝置以內(nèi)燃機車為載體，降低了該機車正常牽引作業(yè)運用效率，增加了部分成本支出。②機動性欠佳。一般情況下，改裝的內(nèi)燃機車處于正常運用狀態(tài)，一旦發(fā)生雪害，需重新安排調(diào)度才能投入使用，不能及時出動，遠水救不了近火。

鑒于上述因素，結(jié)合呼和局集團公司車輛配置情況，提出了在軌道車上加裝除雪設(shè)備的可行性研究方案。

2 技術(shù)方案

本著節(jié)支增效的原則，除雪裝置仍基于V型犁板式除雪機理進行設(shè)計，通過設(shè)計改造軌道車排障器及裙板的結(jié)構(gòu)，將除雪裝置加裝在連掛的軌道車車兩端（如圖1所示）。除雪作業(yè)時，隨著軌道車的行進，依次通過“推、刮”兩道工序清除線路上的積雪以露出軌面，達到開通線路的目的。

根據(jù)除雪裝置功能需求，設(shè)計裝置主要由V型雪犁、支撐連接裝置及犁體高度調(diào)節(jié)裝置三部分組成，如圖2所示。

2.1 V型雪犁的設(shè)計

V型雪犁是除雪裝置的核心機構(gòu)，直接影響除雪效果，主要由V型雪鏟、安全吊環(huán)、支撐桁架、角支撐及刮雪裝置四部分組成（如圖3所示）。

V型雪鏟：鏟面基于鏵式耕地犁體曲面進行設(shè)計，可有效提高裝置翻雪、排雪性能，降低推雪阻力。雪鏟背面沿弧度方向?qū)ΨQ焊接5條加強筋，以增加鏟面的強度。鏟尖弧形上翹設(shè)計，保證車輛除雪作業(yè)時能順利通過鐵路道口等特殊路段。沿鏟刃方向焊接異形鋼板，以增加鏟刃強度。

安全吊環(huán)：焊接在V型雪鏟上端，用來拴掛安全繩（安全繩另一端鉤掛在車體上），為除雪裝置加裝運行提供進一步的安全保障。

支撐桁架：焊接在鏟面背后與V型雪鏟形成穩(wěn)定的三角形，加強機構(gòu)穩(wěn)定性的同時，也是連接其他機構(gòu)的中介。桁架主體由5根長短不一的空心方管焊接而成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，保證強度的同時，盡量降低機構(gòu)自重。在桁架主體兩端焊接由槽鋼加工而成的連接梁，其上加工有4個長孔用來與支撐連接裝置通過螺栓相連，可實現(xiàn)V型雪犁高低位置的微調(diào)，使裝置的適用性更強。

角支撐：三角形鋼板焊接在支撐桁架與雪鏟之間的四個角，既增加了兩者的連接強度，也進一步提高了雪鏟的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

刮雪裝置：設(shè)置在軌道正上方，通過螺栓固定在支撐桁架上。借鑒機車車輛掃石器機構(gòu)，利用優(yōu)質(zhì)高分子板材，用來刮除經(jīng)V型雪鏟推除后的殘留積雪以露出軌面。

2.2 支撐連接裝置的設(shè)計

支撐連接裝置是連接V型雪犁與車體之間的橋梁。它以重量小、裝卸快捷方便為設(shè)計原則，主要由鉸接立梁、保持架、限位角板及限位頂絲幾部分組成（如圖4所示）。

鉸接立梁：主體由工字鋼加工而成，前端通過螺栓與V型雪犁連接，上端通過銷軸與保持架的掛耳橫梁鉸接，下端通過液壓缸與保持架的限位橫梁連接。液壓缸是犁體高度調(diào)節(jié)裝置的執(zhí)行機構(gòu)，可驅(qū)動鉸接立梁繞銷軸旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)犁體高度的調(diào)節(jié)。

保持架：主體由槽鋼、工字鋼焊接而成的長方體桁架，利用后端四個耳環(huán)與改裝后的車體鉸接，整體結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，穩(wěn)定性強。

限位角板：整體鑄造加工而成，通過定位螺栓與保持架前端橫梁連接，然后焊接固定。除雪作業(yè)時，用來限制鉸接立梁橫向移動，避免因V型雪犁兩側(cè)受力不均引起結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。

限位頂絲：與保持架限位橫梁通過螺紋連接。調(diào)節(jié)頂絲伸出的長短限制鉸接立梁向下翻轉(zhuǎn)的位置，既對V型雪犁下端與軌面的距離進行微調(diào)，調(diào)整好后用背母鎖死。該設(shè)計可有效降低因加工、安裝誤差等因素對除雪裝置的影響，提高適用性。

2.3 犁體高度調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計

除雪作業(yè)時，為達到良好的除雪效果，要求犁體下端距軌面有3～5cm的距離；而空載長途運行時，為保證行車安全，要求犁體下端距軌面要有足夠的距離，一般高于車體排障器底端位置。因此，犁體的高度要根據(jù)不同的工況進行調(diào)節(jié)，以提高軌道車加裝除雪裝置運行時的科學性、可靠性。

原內(nèi)燃機車為載體的除雪裝置采用關(guān)節(jié)螺桿的機構(gòu)，完全靠人力擰動來實現(xiàn)犁體的升降，費時費力。新的犁體高度調(diào)節(jié)裝置基于液壓控制原理進行設(shè)計，主要由油箱、電動泵、閥站及液壓缸幾部分組成。其中，油箱、電動泵和閥站集成為系統(tǒng)的動力單元。其液壓系統(tǒng)原理如圖5所示，電路控制原理如圖6所示。

電動泵：由電機、液壓泵、單向閥及溢流閥構(gòu)成。其中，溢流閥起安全保護作用，避免系統(tǒng)過載引起事故。M口G1/4處安裝機械式壓力開關(guān)，當系統(tǒng)壓力到達設(shè)定值時控制電機停止。

閥站：三位四通電磁換向閥、疊加式液控單向閥及雙單向節(jié)流閥的集成。其中，三位四通電磁換向閥用來實現(xiàn)液壓缸的伸縮；疊加式液控單向閥在管路失壓時會充當液壓鎖的作用，保持液壓缸中的壓力，進而鎖定其動作；雙單向節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)液壓缸伸縮的快慢，進而控制犁體翻轉(zhuǎn)的速度。

整個系統(tǒng)工作原理：從軌道車底部取220V交流電，經(jīng)變壓整流器U1變?yōu)?4V直流電供系統(tǒng)使用。系統(tǒng)工作時，長按控制器按鈕S1，三位四通電磁換向閥左端Y1得電，處于左工位；繼電器K1得電，K1常開開關(guān)閉合，常閉開關(guān)斷開，形成互鎖；電機得電啟動，驅(qū)動液壓泵；此時，液壓缸左腔室進油，右腔室回油，活塞桿伸長。當?shù)竭_上限位時，系統(tǒng)壓力持續(xù)升高，觸動壓力開關(guān)B1斷開，控制回路斷電，三位四通電磁換向閥左端Y1失電，處于中位保壓；繼電器K1失電，K1常開開關(guān)斷開，常閉開關(guān)閉合，電機失電停止，松開控制器按鈕S1。長按控制器按鈕S2，三位四通電磁換向閥右端Y2得電，處于右工位；繼電器K2得電，K2常開開關(guān)閉合，常閉開關(guān)斷開，形成互鎖；電機得電啟動，驅(qū)動液壓泵；此時，液壓缸右腔室進油，左腔室回油，活塞桿縮短。當?shù)竭_下限位時，系統(tǒng)壓力持續(xù)升高，觸動壓力開關(guān)B1斷開，控制回路斷電，三位四通電磁換向閥右端Y2失電，處于中位保壓；繼電器K2失電，K2常開開關(guān)斷開，常閉開關(guān)閉合，電機失電停止，松開控制器按鈕S2。

3 實際應(yīng)用

2018年2月5日，基于軌道車為載體的除雪裝置在呼和局集團公司集寧工務(wù)段加裝完成，2月7日，在集寧II場——大陸號區(qū)間進行了空載運行試驗，并取得成功（如圖7所示）。

經(jīng)現(xiàn)場試驗，總結(jié)該除雪裝置具有如下特點：

①裝置加裝、拆卸快捷方便。在有起重設(shè)備的配合下，兩個除雪裝置的加裝/拆卸工作可控制在30分鐘以內(nèi)。

②犁體高度可調(diào)設(shè)計科學可靠。上限位采用液壓鎖加安全繩設(shè)計，為空載運行提供雙保險。下限位采用限位頂絲設(shè)計，可根據(jù)線路情況進行調(diào)節(jié)，限位安全可靠。

③除雪犁體高度調(diào)節(jié)省時省力，操作簡單方便，犁體由下限位到上限位僅需9秒，由上限位到下限位僅需7秒。

研究期間，一直未能滿足線路除雪的自然條件，裝置實際除雪效果有待驗證。

4 結(jié)束語

除雪裝置以金鷹GC-270軌道車為載體，“推+刮”的除雪模式，較傳統(tǒng)人工除雪模式，可有效提高作業(yè)效率、降低勞動強度。與市面既有產(chǎn)品相比結(jié)構(gòu)簡單，投入成本低。與原內(nèi)燃機車加裝方案相比機動性更強（冬季時軌道車基本可以作為除雪專用車輛，線路發(fā)生雪害時能夠及時出動），運營成本更低；液壓控制犁體的升降，操作更加快捷方便；軌道車上可載多人，作業(yè)過程中遇突發(fā)狀況時更容易做應(yīng)急處理，實用價值更高。

參考文獻：

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